人教版高中物理 2.3 《研究电场的能的性质(二)》课件 沪科选修31.ppt

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1、23研究研究电场电场的能的性的能的性质质(二二)2021/8/9 星期一1目标导航目标导航1.理解电势的概念及电势和电势能的相互关理解电势的概念及电势和电势能的相互关系系(重点，难点重点，难点)2理解等势面的概念及等势面和电场线的理解等势面的概念及等势面和电场线的关系关系(重点重点)3理解匀强电场中电势差跟电场强度的关理解匀强电场中电势差跟电场强度的关系系UABEd，并能用公式解决有关问题，并能用公式解决有关问题(重点重点)2021/8/9 星期一2新知初探自学导引新知初探自学导引一、一、电势1定定义：把：把电荷在荷在电场中某一点的中某一点的_跟其跟其_的比的比值，叫做，叫做这一点的一点的电势

2、2定定义式：式：_电势能能电荷量荷量2021/8/9 星期一33单单位：伏特，符号位：伏特，符号V.4标标量：没有方向，只有大小，但有正量：没有方向，只有大小，但有正负负，表，表示示电势电势比零点高或比零点低比零点高或比零点低5物理意物理意义义：描述：描述电场电场的能的性的能的性质质的物理量的物理量6电势电势差与差与电势电势的关系：的关系：UABAB，电场电场中某点的中某点的电势电势等于等于该该点与零点与零电势电势点的点的电势电势差差2021/8/9 星期一47电势电势的相的相对对性：某点的性：某点的电势电势的大小跟的大小跟_的的选择选择有关，常取离有关，常取离电电荷无限荷无限远远处处的的电势

3、为电势为零；在零；在实际应实际应用中，常常取大地用中，常常取大地的的电势为电势为零零二、二、电场电场的等的等势势面面1定定义义：物理学中把：物理学中把电场电场中中_相等的点相等的点构成的构成的线线(面面)叫做等叫做等势线势线(面面)零零电势点点电势2021/8/9 星期一52性性质质：在同一等：在同一等势线势线(面面)上移上移动电动电荷，荷，电电场场力力_3处处在静在静电电平衡的平衡的导导体：体：导导体表面是一个体表面是一个_，导导体体是是一一个个_导导体体表表面面处处的的电场线电场线与表面与表面_4常常见电场见电场的等的等势势面：点面：点电电荷的荷的电场电场的等的等势势面是一簇面是一簇_面；

4、匀面；匀强强电场电场的等的等势势面是一簇面是一簇_面面不做功不做功等等势面面等等势体体垂直垂直球球平平2021/8/9 星期一6想一想想一想1电场中的等势线和地理上的等高线有哪些电场中的等势线和地理上的等高线有哪些相似之处？相似之处？提示：等势线是电场中电势相等的点连成的提示：等势线是电场中电势相等的点连成的线，疏密可用来表示场强的大小线，疏密可用来表示场强的大小,等高线是地等高线是地理上高度相同点的连线理上高度相同点的连线,其疏密反映坡度的缓其疏密反映坡度的缓陡两种表示方式都能使研究问题形象化陡两种表示方式都能使研究问题形象化2021/8/9 星期一7三、三、电势差与差与电场强强度的关系度的

5、关系1公式公式UEd：表明在匀：表明在匀强强电场中，沿中，沿场强强方向的两点方向的两点间的的电势差等于差等于场强强与与这两点两点间距离的距离的_2公式公式E ：表明在匀：表明在匀强强电场中，中，电场强强度在数度在数值上等于沿上等于沿场强强方向每方向每单位距离上的位距离上的_乘乘积电势差差2021/8/9 星期一8想一想想一想提示：能，提示：能，EU/d虽然仅适用于匀强电场，虽然仅适用于匀强电场，但对于非匀强电场，可以用它来解释等差等但对于非匀强电场，可以用它来解释等差等势面的疏密与场强大小的关系，如势面的疏密与场强大小的关系，如U一定时，一定时，E大大,则则d小，即场强越大，等差等势面越密小，

6、即场强越大，等差等势面越密2021/8/9 星期一9要点探究讲练互动要点探究讲练互动要点要点1对电势的理解对电势的理解学案导引学案导引1电势有正、负，电势是标量吗？电势有正、负，电势是标量吗？2电势为零处场强为零吗？电势越高电势为零处场强为零吗？电势越高场强越场强越大吗？大吗？2021/8/9 星期一101电势电势的特点的特点(1)电势电势是表征是表征电场电场能的性能的性质质的物理量，是由的物理量，是由场场源源电电荷决定的，与荷决定的，与试试探探电电荷无关可以用荷无关可以用试试探探电电荷在荷在电场电场中的中的电势电势能和它所能和它所带电带电荷量荷量的比的比值值反映出反映出电势电势的大小的大小(

7、2)电势电势具有相具有相对对性性,只有先确定了零只有先确定了零电势电势位置位置之后之后,才能确定才能确定电场电场中其它点的中其它点的电势电势所以所以电电场场中某点的中某点的电势电势跟零跟零电势电势位置的位置的选择选择有关有关2021/8/9 星期一11理理论上通常上通常选取无限取无限远处为零零电势位置位置,在在实际处理理问题时,也也经常取地球常取地球为零零电势位置位置(3)电势是是标量，但是有正、量，但是有正、负某点的某点的电势大于零，表明大于零，表明该点的点的电势高于零高于零电势；某点；某点的的电势小于零小于零,表明表明该点的点的电势低于零低于零电势所以所以电势的正、的正、负反映的是反映的是

8、电势的高低的高低2021/8/9 星期一122电势与电场强度的比较电势与电场强度的比较2021/8/9 星期一13电场强强度度E电势标矢性矢性矢量矢量标量量单位位N/CV(1 V1 J/C)联系系(1)电势沿着沿着电场强强度的方向降低度的方向降低(2)等等势面的疏密也能反映面的疏密也能反映电场的的强强弱等弱等势面密的地方，面密的地方，电场强强(电场线密密)；等；等势面疏的地方，面疏的地方，电场弱弱(电场线疏疏)2021/8/9 星期一142021/8/9 星期一15在两点间移动正电荷在两点间移动正电荷,如果电场力做正功，则如果电场力做正功，则电势能减小，电势降低；如果电场力做负功，电势能减小，

9、电势降低；如果电场力做负功，则电势能增大，电势升高则电势能增大，电势升高在两点间移动负电荷，如果电场力做正功，在两点间移动负电荷，如果电场力做正功，则电势能减小则电势能减小,电势升高；如果电场力做负功，电势升高；如果电场力做负功，则电势能增大，电势降低则电势能增大，电势降低特别提醒：电场中某点电势的高低与电场强度特别提醒：电场中某点电势的高低与电场强度的大小无关，即电势高处电场强度不一定大的大小无关，即电势高处电场强度不一定大2021/8/9 星期一16(2020高高考考海海南南卷卷)关关于于静静电场，下下列列说法正确的是法正确的是()A电势等于零的物体一定不等于零的物体一定不带电B电场强强度

10、度为零的点，零的点，电势一定一定为零零C同一同一电场线上的各点，上的各点，电势一定相等一定相等D负电荷沿荷沿电场线方向移方向移动时，电势能一定能一定增加增加例例12021/8/9 星期一17【思路点思路点拨】解此解此题注意三点：注意三点：(1)电势、电场强强度、度、电势能的概念；能的概念；(2)电场力做功与力做功与电势能的能的变化；化；(3)电势高低的判断方法分析高低的判断方法分析【精精讲精析精析】电场强强度和度和电势没有必然的没有必然的联系，但系，但顺着着电场线的方向的方向电势逐逐渐降低，降低，因此因此A、B、C不正确不正确负电荷沿荷沿电场线方向方向移移动时，电场力做力做负功，功，电势能一定

11、增加，能一定增加，D选项正确正确2021/8/9 星期一18【答案答案】D【易易误警示警示】此此题易出易出现选B项的的错误，认为电场强强度度为零，零，电势就就为零零电场强强度和度和电势分分别从力的角度和能的角度描述从力的角度和能的角度描述电场，两者没有必然两者没有必然联系系2021/8/9 星期一19变式训练变式训练1空间有一沿空间有一沿x轴对称分布的电场，其电场轴对称分布的电场，其电场强度强度E随随x变化的图像如图变化的图像如图231所示下列所示下列说法中正确的是说法中正确的是()AO点的电势最低点的电势最低Bx2点的电势最高点的电势最高Cx1和和x1两点的电势相等两点的电势相等Dx1和和x

12、3两点的电势相等两点的电势相等图2312021/8/9 星期一20解析：解析：选C.电势高低与高低与场强强大小无必然大小无必然联系系O点点场强强为0，电势不不一一定定最最低低，A错x2点点是是场强强正向最大的位置，正向最大的位置，电势不是最高，不是最高，B错将将电荷荷从从x1移移到到x1可可由由题图知知电场力力做做功功为零零，故故两两点点电势相相等等，而而把把电荷荷从从x1移移到到x3电场力做功不力做功不为零，零，C对，D错2021/8/9 星期一21要点要点2对等等势面的理解面的理解学案学案导引引1等等势面面具具有有哪哪些些特特点点？其其用用途途有有哪哪些？些？2等等势面和面和电场线有哪些关

13、系？有哪些关系？2021/8/9 星期一221几种典型电场等势面的分布几种典型电场等势面的分布2021/8/9 星期一232.等等势势面的特点面的特点(1)在等在等势势面内任意两点面内任意两点间间移移动电动电荷，荷，电场电场力力不做功不做功(2)在空在空间间中两等中两等势势面不相交面不相交(3)电场线总电场线总是和等是和等势势面垂直，且从面垂直，且从电势较电势较高高的等的等势势面指向面指向电势较电势较低的等低的等势势面面(4)在在电场线电场线密集的地方，等差等密集的地方，等差等势势面密集；面密集；在在电场线电场线稀疏的地方，等差等稀疏的地方，等差等势势面稀疏面稀疏2021/8/9 星期一24(

14、5)等等势势面是面是为为描述描述电场电场的性的性质质而假想的面而假想的面(6)等等势势面的分布与零面的分布与零电势电势点的点的选选取无关取无关3等等势势面与面与电场线电场线的关系的关系等等势势面和面和电场线电场线都是都是为为了形象地描述了形象地描述电场电场而而引入的引入的电场电场中中电势电势相等的点构成的面是等相等的点构成的面是等势势面，而面，而电场线电场线上每一点的切上每一点的切线线方向就是方向就是该该点的点的场场强强方向，二者既有区方向，二者既有区别别又有又有联联系，具系，具体关系如下：体关系如下：2021/8/9 星期一25等等势面面电场线物理物理意意义一系列一系列电势相等的点构成相等的

15、点构成的面，可以是封的面，可以是封闭的，也的，也可以是不封可以是不封闭的的反映反映电场的分布情况，的分布情况，是一簇是一簇带箭箭头的不的不闭合合的有向曲的有向曲线应用用(1)判定判定电场中各点中各点电势的的高低及差高低及差值(2)判断静判断静电力做功的情况力做功的情况(3)可画出可画出电场线(1)判定判定电场中各点的中各点的场强强方向方向(2)由由电场线疏密判定疏密判定场强强大小大小(3)可画出等可画出等势面面联系系(1)电场线总是与等是与等势面垂直面垂直(2)在同一在同一电场中，等差等中，等差等势面的疏密也可反映面的疏密也可反映电场的的强强弱弱2021/8/9 星期一26如如232图图所所示

16、示，虚虚线线a、b、c表表示示电电场中的三个等势面与纸平面的交线，且相邻场中的三个等势面与纸平面的交线，且相邻等势面之间的电势差相等实线为一带正电等势面之间的电势差相等实线为一带正电荷粒子仅在电场力作用下通过该区域时的运荷粒子仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，动轨迹，M、N是这条轨迹是这条轨迹上的两点，则下面说法中正上的两点，则下面说法中正确的是确的是()例例2图2322021/8/9 星期一27A三个等三个等势势面中，面中，a的的电势电势最高最高B对对于于M、N两点，两点，带电带电粒子通粒子通过过M点点时电时电势势能能较较大大C对对于于M、N两点，两点，带电带电粒子通粒子通过过M点点时

17、动时动能能较较大大D带电带电粒子由粒子由M运运动动到到N时时，加速度增大，加速度增大2021/8/9 星期一28【思路点思路点拨】解此解此题应注意以下几点：注意以下几点：(1)等等势面一定与面一定与电场线垂直；垂直；(2)电场线总由由电势高的等高的等势面指向面指向电势低的低的等等势面；面；(3)同一等同一等势面上移面上移动电荷荷电场力不做功力不做功2021/8/9 星期一29【精精讲精析精析】由于由于带电粒子做曲粒子做曲线运运动，所受所受电场力的方向必定指向力的方向必定指向轨道的凹道的凹侧,且和且和等等势面垂直面垂直,所以所以电场线方向是由方向是由c指向指向b再指再指向向a.根据根据电场线的方

18、向是指的方向是指电势降低的方向，降低的方向，故故 cba，选项A错带正正电荷粒子若从荷粒子若从N点运点运动到到M点，点，场强强方向方向与运与运动方向成方向成锐角，角，电场力做正功，即力做正功，即电势能减少；能减少；2021/8/9 星期一30若从若从M点运点运动到到N点点,场强强方向与运方向与运动方向成方向成钝角角,电场力做力做负功功,电势能增加故能增加故选项B错根据能量守恒定律根据能量守恒定律,电荷的荷的动能和能和电势能之和能之和不不变,故粒子在故粒子在M点的点的动能能较大，大，选项C正确正确由于相由于相邻等等势面之面之间电势差相等，因差相等，因N点等点等势面面较密密，则ENEM，即即qEN

19、qEM.由由牛牛顿第第二定律知，二定律知，带电粒子从粒子从M点运点运动到到N点点时，加，加速度增大，速度增大，选项D正确正确2021/8/9 星期一31【答案答案】CD【方法指引方法指引】对于等于等势面和面和带电粒子运粒子运动相相结合的合的问题，首先要根据粒子的运，首先要根据粒子的运动轨迹迹判断受力情况，以便研究判断受力情况，以便研究电场力力对运运动电荷荷的做功情况若的做功情况若电荷从荷从电场中某一等中某一等势面出面出发，最后又回到，最后又回到该等等势面，面，电场力做的力做的总功功为零，但在运零，但在运动过程中存在程中存在电场力做功力做功2021/8/9 星期一32变式训练变式训练2位于位于A

20、、B处的两个带有不等量负电的点电处的两个带有不等量负电的点电荷在平面内电势分布如图荷在平面内电势分布如图233所示，图中所示，图中实线表示等势线，则实线表示等势线，则()Aa点和点和b点的电场强度相同点的电场强度相同B正电荷从正电荷从c点移到点移到d点，点，电场力做正功电场力做正功C负电荷从负电荷从a点移到点移到c点，点，电场力做正功电场力做正功图2332021/8/9 星期一33D正正电电荷从荷从e点沿点沿图图中虚中虚线线移到移到f点，点，电势电势能先减能先减小后增大小后增大解析：解析：选选CD.a点的等点的等势势面比面比b点的稀疏，故点的稀疏，故a点的点的场场强强比比b点的小，点的小，A错

21、错c点点电势电势低于低于d点，正点，正电电荷荷从从c点移到点移到d点，即正点，即正电电荷向高荷向高电势处电势处移移动动，电场电场力做力做负负功，功，B错错a点点电势电势低于低于c点，从点，从a到到c，把，把负负电电荷移向高荷移向高电势电势，电场电场力做正功，力做正功，C对对从从e到到f，电势电势先先变变低后低后变变高，故沿此方向移高，故沿此方向移动动正正电电荷荷,电场电场力先做正功力先做正功,后做后做负负功功,电势电势能先减小后增大能先减小后增大,D对对2021/8/9 星期一34要点要点3电势差与差与电场强强度的关系度的关系学案学案导引引1电场强强度度越越大大，两两点点间的的电势差差越越大大

22、吗？2公公式式UEd的的适适用用条条件件是是什什么么？d指的是指的是什么？什么？2021/8/9 星期一351电势差与电场强度的区别与联系电势差与电场强度的区别与联系项目目电势差差U电场强强度度E定定义电荷在荷在电场中两中两点点间移移动时，电场力所做的功跟力所做的功跟电荷量的比荷量的比值放入放入电场中某一中某一点的点的电荷受到的荷受到的电场力跟它的力跟它的电荷量的比荷量的比值定定义式式 U E2021/8/9 星期一36项目目电势差差U电场强强度度E大小大小数数值上等于上等于单位正位正电荷荷从一点移到另一点从一点移到另一点时，电场力所做的功力所做的功数数值上等于上等于单位位电荷荷受到的力受到的

23、力方向方向标量、无方向量、无方向矢量，矢量，规定与正定与正电荷在荷在该点所受点所受电场力的方向相同力的方向相同联系系(1)场强强的方向是的方向是电势降落最快的方向，但降落最快的方向，但电势降降落的方向不一定是落的方向不一定是场强强的方向的方向(2)场强强的大小等于沿的大小等于沿场强强方向每方向每单位位长度上的度上的电势降落，即降落，即E 或或UEd(匀匀强强电场)2021/8/9 星期一372.利用利用UEd计计算算时应时应注意：注意：(1)该该公式只适用于匀公式只适用于匀强强电场电场(2)公式中的公式中的d为场为场强强方向上两点方向上两点间间的距离的距离2021/8/9 星期一38 在在场强

24、强为4.0103 N/C的匀的匀强强电场中有中有相距相距5.0 cm 的的A、B两点，两点两点，两点连线与与场强强方方向成向成30角求角求A、B两点两点间的的电势差差【思路点思路点拨】根据公式根据公式UEd中中d的意的意义求解求解例例32021/8/9 星期一39【精精讲精析精析】图2342021/8/9 星期一40【答案答案】1.7102 V【规律律总结】(1)用匀用匀强强电场的的场强强与与电势差的关系解差的关系解题时，一定要注意，一定要注意d应该是沿是沿场强强方向的距离方向的距离,另外要注意必另外要注意必须使用国使用国际单位位(2)通通过此此题可以看出可以看出场强强方向是方向是电势降落最降

25、落最快的方向，即是通快的方向，即是通过相同距离相同距离电势降落最大降落最大的方向的方向这个个结论对非匀非匀强强电场也成立也成立2021/8/9 星期一41变式训练变式训练3.如图如图235所示是一个匀强电场的等势面所示是一个匀强电场的等势面,每两个相邻等势面相距每两个相邻等势面相距2 cm，由此可以确定，由此可以确定电场强度的方向和数值是电场强度的方向和数值是()A竖直向下，竖直向下，E100 V/mB水平向左，水平向左，E100 V/mC水平向左，水平向左，E200 V/mD水平向右，水平向右，E200 V/m图2352021/8/9 星期一422021/8/9 星期一43应用功能关系解决用

26、功能关系解决电场问题经典案例典案例(12分分)如如图236所示，光滑所示，光滑绝缘细杆杆竖直放置，它与以正直放置，它与以正电荷荷Q为圆心的某心的某圆交于交于B、C两点，两点，质量量为m、带电荷量荷量为q的有孔小球从的有孔小球从杆上杆上A点无初速度下滑，点无初速度下滑，热点示例创新拓展热点示例创新拓展图2362021/8/9 星期一44【思思维流程流程】2021/8/9 星期一452021/8/9 星期一462021/8/9 星期一47【借借题发挥】因因为Q是正点是正点电荷，所以以荷，所以以Q为圆心的球面是一个等心的球面是一个等势面，面，这是一个重要是一个重要的的隐含条件由含条件由A点到点到B点的点的过程中程中电场力是力是变力，所以不能直接用力，所以不能直接用WFl求解，只能考求解，只能考虑运用功能关系运用功能关系2021/8/9 星期一48电势、电势差的关系与高度、高度差的关系差的关系与高度、高度差的关系对比如下：比如下：名师讲坛精品资源名师讲坛精品资源2021/8/9 星期一492021/8/9 星期一50知能演练轻松闯关知能演练轻松闯关2021/8/9 星期一51本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束按按ESC键退出全屏播放退出全屏播放2021/8/9 星期一522021/8/9 星期一53